Единицы радиации. Допустимые дозы облучения для человека
Многие сталкиваются с трудностями при определении единиц измерения радиоактивного излучения и практическом использовании полученных значений. Сложности возникают не только из-за их большого разнообразия: беккерели, кюри, зиверты, рентгены, рады, кулоны, ремы и др., но и из-за того, что не все используемые величины связаны между собой кратными соотношениями и при необходимости могут переводиться из одних в другие.
Как разобраться?
Все довольно просто, если отдельно рассматривать единицы, связанные с радиоактивностью, как физическим явлением, и величины, измеряющие воздействие этого явления (ионизирующего излучения) на живые организмы и окружающую среду. А также, если не забывать о внесистемных единицах и единицах радиоактивности, действующих в системе СИ (Международная система единиц), которая была введена в 1982 году и обязательна к использованию во всех учреждениях и предприятиях.
Внесистемная (старая) единица измерения радиоактивности
Кюри (Ки) - первая единица радиоактивности, измеряющая активность 1 грамма чистого радия. Введенная с 1910 года и названная в честь французских ученых К. и М. Кюри, она не связана с какой-либо системой измерения и в последнее время утратила свое практическое значение. В России же кюри, несмотря на действующую систему СИ, разрешенная к использованию в области ядерной физики и медицины без срока ограничения.
Единицы радиоактивности в системе СИ
В СИ используется другая величина - беккерель (Бк), которая определяет распад одного ядра в секунду. Беккерель более удобен в расчетах, чем кюри, поскольку имеет не такие большие значения и позволяет без сложных математических действий по радиоактивности радионуклида определить его количество. Высчитав количество распадов 1 г радона, легко установить соотношение между Ки и Бк: 1 Ки = 3,7*1010 Бк, а также определить активность любого другого радиоактивного элемента.
Измерение ионизирующих излучений
С открытием радия было обнаружено, что излучение радиоактивных веществ влияет на живые организмы и вызывает биологические эффекты, сходные с действием рентгеновского облучения. Появилось такое понятие, как доза ионизирующего излучения - величина, которая позволяет оценивать воздействие радиационного облучения на организмы и вещества. В зависимости от особенностей облучения, выделяют эквивалентную, поглощенную и экспозиционную дозы:
- Экспозиционная доза - показатель ионизации воздуха, возникающей под действием гамма- и рентгеновских лучей, определяется количеством образовавшихся ионов радионуклидов в 1 куб. см. воздуха при нормальных условиях. В системе СИ она измеряется в кулонах (Кл), но существует и внесистемная единица - рентген (Р). Один рентген - большая величина, поэтому удобнее на практике использовать ее миллионную (мкР) или тысячную (мР) доли. Между единицами экспозиционной дозы установлено следующее соотношения: 1 Р = 2, 58.10-4 Кл/кг.
- Поглощенная доза - энергия альфа-, бета- и гамма-излучения, поглощенная и накопленная единицей массы вещества. В международной системе СИ для нее введена следующая единица измерения - грей (Гр), хотя до сих пор в отдельных областях, например в радиационной гигиене и в радиобиологии широко используется внесистемная единица - рад (Р). Между этими величинами имеется такое соответствие: 1 Рад = 10-2 Гр.
- Эквивалентная доза - поглощенная доза ионизирующего излучения, учитывающая степень его воздействия на живую ткань. Поскольку одинаковые дозы альфа-, бета- или гамма-излучения оказывают разный биологический ущерб, введен так называемый КК -коэффициент качества. Для получения эквивалентной дозы необходимо поглощенную дозу, полученную от определенного вида излучения, умножить на этот коэффициент. Измеряется эквивалентная доза в берах (Бэр) и зивертах (Зв), обе эти единицы взаимозаменяемы, переводятся из одной в другую таким образом: 1 Зв = 100 Бэр (Рем).
В системе СИ используется зиверт - эквивалентная доза конкретного ионизирующего излучения, поглощенная одним килограммом биологической ткани. Для пересчета греев в зиверты следует учесть коэффициент относительной биологической активности (ОБЭ), который равен:
- для альфа-частиц - 10-20;
- для гамма- и бета-излучения - 1;
- для протонов - 5-10;
- для нейтронов со скоростью до 10 кэВ - 3-5;
- для нейтронов со скоростью больше 10 кэВ: 10-20;
- для тяжелых ядер - 20.
Бэр (биологический эквивалент рентгена) или рем (в английском языке rem - Roentgen Equivalent of Man) - внесистемная единица эквивалентной дозы. Поскольку альфа-излучение наносит больший ущерб, то для получения результата в ремах, необходимо измеренную радиоактивность в радах умножить на коэффициент, равный двадцати. При определении гамма- или бета-излучения перевод величин не требуется, поскольку ремы и рады равны друг другу.
Пособие для граждан "Осторожно! Радиация"
Основные единицы измерения ионизирующих излучений
Экспозиционная доза
(две единицы)
Рентген
(Р) - внесистемная единица экспозиционной дозы. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 см^3 сухого воздуха (имеющего при нормальных условиях вес 0,001293 г) образует 2,082 х 10^9 пар ионов. Эти ионы несут заряд в 1 эл.-статическую единицу каждого знака (в системе СГСЭ), что в единицах работы и энергии (в системе СГС) составит около 0, 114 эрг поглощённой воздухом энергии (6,77 х 10^4 Мэв). (1 эрг = 10^-7 Дж = 2,39 х 10^-8 кал). При пересчёте на 1 г воздуха это составит 1,610 х 10^12 пар ионов или 85 эрг/г сухого воздуха. Таким образом физический энергетический эквивалент рентгена равен 85 эрг/г для воздуха. (По некоторым данным он равен 83,8, по другим - 88,0 эрг/г).
1 Кл/кг
- единица экспозиционной дозы в системе СИ. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 кг сухого воздуха образует 6,24 х 10^18 пар ионов, которые несут заряд в 1 кулон каждого знака. (1 кулон = 3 х 10^9 ед. СГСЭ = 0,1 ед. СГСМ). Физический эквивалент 1 Кл/кг равен 33 Дж/кг (для воздуха).
Соотношения между рентгеном и Кл/кг следующие:
1 Р = 2,58 х 10^-4 Кл/кг - точно.
1 Кл/кг = 3,88 х 10^3 Р - приблизительно.
Поглощённая доза
(две единицы)
Рад
- внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм (сотая часть "Грэя" - см.).
1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр = 2,388 x 10^-6 кал/г
При экспозиционной дозе в 1 рентген поглощённая доза в воздухе будет 0,85 рад (85 эрг/г).
Грэй
(Гр.) - единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества.
1 Гр. = 1 Дж/кг = 10^4 эрг/г = 100 рад.
Эквивалентная доза
(две единицы)
Бэр
- биологический эквивалент рентгена (в некоторых книгах - рада). Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. В общем случае:
1 бэр = 1 рад * К = 100 эрг/г * К = 0,01 Гр * К = 0,01 Дж/кг * К = 0,01 Зиверт
При коэффициенте качества излучения К = 1, то есть для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов, 1 бэр соответствует поглощённой дозе в 1 рад.
1 бэр = 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зиверт
Особо необходимо отметить следующий факт. Ещё в 50-х годах было установлено, что если при экспозиционной дозе в 1 рентген воздух поглощает 83,8?88,0 эрг/г (физический эквивалент рентгена), то биологическая ткань поглощает 93?95 эрг/г (биологический эквивалент рентгена). Поэтому оказывается, что при оценке доз можно считать (с минимальной погрешностью), что экспозиционная доза в 1 рентген для биологической ткани соответствует (эквивалентна) поглощённой дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (при К=1), то есть, грубо говоря, что 1 Р, 1 рад и 1 бэр - это одно и то же.
Зиверт
(Зв) - единица эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение величины поглощённой дозы в Грэях (в биологической ткани) на коэффициент К будет равно 1 Дж/кг. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж.
В общем случае:
1 Зв = 1 Гр. К = 1 Дж/кг. К = 100 рад. К = 100 бэр
При К=1 (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов) 1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр:
1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр.
В заключение ещё раз напомним, что для рентгеновских, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов величины рентген, рад и бэр, а также (отдельно) величины Грэй и Зиверт оказываются равнозначными при оценке облучения человека.
Пример.
Если в каком-либо месте зафиксирован фон (от гамма-излучения) в 25 мкР/час (25 мкрад/час; 0,25 мкГр/час; 0,25 мкЗв/час), то за 1 час пребывания в этом месте человек получит эквивалентную дозу (ЭД) в 25 мкбэр (0,25 мкЗв). За неделю соответственно:
ЭД = 25 мкР/час * 168 час = 4200 мкбэр = 4,2 мбэр = 42 мкЗв или 0,042 мЗв,
а за год:
ЭД = 25 мкР/час * 8760 час = 219000 мкбэр = 219 мбэр = 2,19 мЗв.
Но если такая же поглощённая доза будет создана альфа-излучением (например, при внутреннем облучении), то с учётом коэффициента качества (20) эквивалентная доза за 1 час составит:
ЭД = 25 мкР/час * 20 * 1 час = 500 мкР = 500 мкбэр = 0,5 мбэр = 5 мкЗв,
то есть она будет эквивалентна поглощённой дозе от рентгеновского, гамма-, бета-излучений, в 500 мкрад (5 мкГр).
Но особое внимание читателя хочу обратить на резкое несоответствие между полученной дозой, то есть выделившейся в организме энергией, и биологическим эффектом. Так давно уже стало очевидно, что одинаковые дозы, полученные человеком от внешнего и от внутреннего облучения, а также дозы, полученные от разных видов ионизирующего излучения, от разных радионуклидов (при попадании их в организм) вызывают разные эффекты! А абсолютно смертельная для человека доза в 1000 рентген в единицах тепловой энергии составляет всего 0,0024 калорий. Это количество тепловой энергии сможет нагреть только на 1 С около 0,0024 мл воды (0,0024 см^3 0,0024 г), то есть всего 2,4 мг воды. Со стаканом горячего чая мы получаем в тысячи раз больше. При этом медики, учёные, атомщики оперируют дозами в милли- и даже в микрорентгены. То есть указывают такую точность, которой на самом деле не существует.
Влияние излучения на организм человека. Эффекты радиации
Радиоактивное излучение называют ионизирующим излучением, а радиоактивные частицы - ионизирующими частицами.
Как уже было сказано, радиоактивные частицы, обладая огромной энергией, огромными скоростями, при прохождении через любое вещество сталкиваются с атомами и молекулами этого вещества и приводят к их разрушению, ионизации, к образованию "горячих" (высокоэнергетичных) и исключительно реакционноспособных частиц - осколков молекул: ионов и свободных радикалов.
То же самое происходит и в тканях биологических объектов. При этом так как биологические ткани человека на 70% состоят из воды, то в большой степени ионизации подвергаются прежде всего именно молекулы воды. Из осколков молекул воды - из ионов и свободных радикалов - образуются исключительно вредные для организма и реакционноспособные перекисные соединения, которые запускают целую цепь последовательных биохимических реакций и постепенно приводят к разрушению клеточных мембран (стенок клеток и других структур).
В целом, воздействие радиации на биологические объекты и, в первую очередь, на организм человека вызывает три различных отрицательных эффекта.
Первый
- это генетический эффект для наследственных (половых) клеток организма. Он может проявиться и проявляется только в потомстве. Это рождение детей с различными отклонениями от нормы (уродства разной степени, слабоумие и т. д.), либо рождение полностью нежизнеспособного плода, - с отклонениями, не совместимыми с жизнью.
В большой степени "поставщиками" таких детей в соответствующие больницы являются предприятия атомной энергетики и зоны их влияния.
Второй
- это тоже генетический эффект, но для наследственного аппарата соматических клеток - клеток тела. Он проявляется при жизни конкретного человека в виде различных (преимущественно раковых) заболеваний. "Поставщиками" раковых больных также в большой степени являются предприятия атомной энергетики и зоны их влияния.
Третий
эффект - это эффект соматический, а точнее - иммунный. Это ослабление защитных сил, иммунной системы организма за счёт разрушения клеточных мембран и других структур. Он проявляется в виде самых различных, в том числе, казалось бы, совершенно не связанных с радиационным воздействием, заболеваниях, в увеличении количества и тяжести течения заболеваний, в осложнениях, а также в ослаблении памяти, интеллектуальных способностей и т. п. Ослабление иммунитета провоцирует возникновение любых заболеваний, в том числе и раковых.
Особо следует отметить, что все видимые физические отклонения от нормы, все заболевания сопровождаются ослаблением умственных способностей, памяти, интеллекта.
Ретроспективный анализ и изучение современного состояния здоровья населения в зоне влияния красноярского ГХК показали, что здесь прирост самых различных заболеваний как детей, так и взрослых, в разы больше, чем в контрольных районах. Подобная картина характерна для зон влияния всех ядерных объектов во всём мире.
Всегда следует иметь в виду, что лучшей защитой от радиации, от любого излучения, является расстояние и время:
- чем меньше время пребывания в зоне облучения - тем лучше.
Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы и т. п., но особенно сильно - на младенцев, детей и подростков.
При воздействии радиации (особенно малофоновой) скрытый (инкубационный, латентный) период, то есть время задержки до наступления видимого эффекта, может продолжаться годами и даже десятилетиями. (из книги Ральфа Грейба "Эффект Петко: влияние малых доз радиации на людей, животных и деревья")
Эффект Петко: новое измерение радиационной угрозы?
В 1972 г. Абрам Петко из ядерного исследовательского учреждения Вайтшелл Канадской комиссии по атомной энергии в Манитоба сделал случайное открытие, заслужившее (по словам Ральфа Грейба) Нобелевской премии. Он установил, что при длительном облучении мембраны клеток прорывались при существенно более низкой суммарной дозе, чем если бы эта доза давалась короткой вспышкой, как при рентгеновском исследовании.
Так, облучение с интенсивностью 26 рад/мин разрушало клеточную мембрану за 130 минут при суммарной дозе в 3500 рад. При облучении же с интенсивностью 0,001 рад/мин (в 26000 раз меньше) было достаточно 0,7 рад (время около 700 мин). То есть для того же эффекта хватало дозы в 5000 раз меньше.
Был сделан вывод, что чем более длительным был период облучения, тем меньшая суммарная доза требовалась.
Это было открытие. Малые дозы при хроническом облучении оказались более опасными по последствиям, чем большие дозы краткосрочного (острого) облучения. Это новое революционное открытие находится в резком противоречии с генетическим эффектом при действии облучения на ядро клетки. Во всех таких исследованиях не обнаруживалось различий по эффекту между общей дозой, полученной за короткий промежуток времени или за длительный период. Наблюдалось почти постоянное действие 1 рада для целого спектра интенсивностей доз, меняющихся от самых малых до самых больших. Долгое время считалось, что молекула ДНК, которая несёт генетическую информацию, впрямую разрушается в ядрах клеток под действием излучения. Петко же открыл, что в случае клеточных мембран действует иной механизм, производящий непрямые разрушения.
Как малые дозы могут быть опаснее больших?
В клетках много воды. Под действием радиации возникают высокотоксичные нестабильные формы кислорода - свободные радикалы, перекисные соединения. Они реагируют с клеточной мембраной, где запускают цепную реакцию химических превращений - окисления молекул мембраны, в результате чего она разрушается. То есть наблюдается не прямое действие радиации, а последствия.
Цитаты
"Серьёзный ущерб от малых длительных или хронических доз радиации: чем меньше свободных радикалов в клеточной плазме, тем выше их эффективность в нанесении ущерба. Это потому, что свободные радикалы могут дезактивировать друг друга с образованием обычной молекулы кислорода или других (рекомбинация). Чем меньше свободных радикалов создаётся радиацией в данном объёме в единицу времени (при меньших интенсивностях радиации), тем меньше у них шансов достичь стенки клетки".
"Меньший ущерб от больших краткосрочных доз радиации: чем больше свободных радикалов образуется в данном объёме (при больших дозах в единицу времени), тем быстрее они рекомбинируют и станут неэффективными прежде, чем достигнут и поразят мембрану".
Кроме этого имеется дальний эффект. Клеточные мембраны создают электрическое поле в плазме клетки, которое притягивает отрицательно заряженные молекулы, такие как высокотоксичный свободный радикал. Компьютерные расчёты показали, что чем больше концентрация свободных радикалов, тем слабее притяжение электрическим полем. Поэтому, если концентрация радикалов велика, они имеют меньше шансов достичь мембраны, чем в случае, если их мало.
Таким образом, в отличие от ядер клеток клеточная мембрана менее сильно повреждается (на единицу поглощённой дозы) при кратковременной, но мощной дозе (альфа-излучение, интенсивное рентгеновское облучение и т. п.), чем при длительном или хроническом действии от радиационного фона малого уровня, от радиоактивных осадков, эмиссий от АЭС.
Радиационный фон
Источники ионизирующих излучений (ИИИ) делятся на естественные (природные) и искусственные (созданные человеком, техногенные).
К естественным ИИИ относятся разные виды космического излучения и естественные радионуклиды, содержащиеся в земной коре, в окружающей среде, в растениях и животных, в том числе и в организме человека.
По данным ООН, вклад различных ИИИ в среднюю годовую эффективную эквивалентную дозу облучения среднестатистического человека выглядит следующим образом. На долю естественных ИИИ приходится 2 мЗв (или 82,61%), а на долю техногенных - 0,421 мЗв (17,39%); в сумме 2,421 мЗв.
При этом естественное (природное) облучение складывается из "земного" и "космического". На долю "земного" приходится 1, 675 мЗв (69,186%), в том числе на долю внутреннего облучения - 1,325 мЗв (54,729%), на долю внешнего - 0,35 мЗв (14,457%). А на долю космического - 0,315 мЗв (13,011%). Все % даны от общей суммы 2,421 мЗв.
Техногенное облучение складывается из облучения при медицинских обследованиях и лечении (0,4 мЗв; 16,522%), облучения от радиоактивных осадков (0,02 мЗв; 0,826%) и от атомной энергетики (0,001 мЗв; 0,041%).
Естественный фон внешнего излучения на территории СССР колеблется в широких пределах, но считается, что в среднем он создаёт мощность экспозиционной дозы 4.20 мкР/час (40.200 мР/год). Эквивалентная доза от природных источников ИИ составляет при этом также 40-200 мбэр/год (0,05-0,2 мкЗв/час; 0,4-2,0 мЗв/год) и считается абсолютно безопасной.
Но всё это усреднённые, среднестатистические данные. Поэтому (только с целью иллюстрации) приведём некоторые более конкретные факты и цифры.
Так, пассажир реактивного самолёта за 4 часа полёта получает в среднем дозу в 0,027 мЗв (2,7 мбэр), ибо уровень (или фон) космического излучения в салоне самолёта достигает 200 мкР/час и выше, в зависимости от высоты полёта. На высоте 12 тыс. м над уровнем моря уровень космического облучения достигает 5 мкЗв/час (500 мкР/час). Люди, живущие на высоте 2000 м над уровнем моря, получают дозу в 3-4 раза большую, чем живущие на уровне моря (без учёта "земной" радиации), так как на уровне моря "космический" фон составляет 0,03 мкЗв/час (3 мкР/час), а на указанной высоте - 0,1 мкЗв/час (10 мкР/час). Живущие на экваторе получают меньшую дозу, чем северяне, и т. д.
Также разнообразна картина и чисто "земной" радиации. 95% населения Франции, Германии, Италии, Японии и США (по данным ООН) живёт в местах, где мощность годовой дозы облучения колеблется от 0,3 до 0,6 мЗв (фон от 3-5 до 8-10 мкР/час); 3% населения получают в среднем 1 мЗв (11-15 мкР/час); 1,5% - более 1,4 мЗв (18-20 мкР/час). Но есть участки суши (в том числе и курорты) с постоянным проживанием населения, где уровень "земной" радиации в 600-800 раз выше среднего. Отдельные группы людей получают в год более 17 мЗв только от внешнего облучения "земной" радиацией, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения; часто находятся (временно проживают) в зонах, где уровень радиации достигает 175 мЗв/год (227 мкР/час) и т. д.
Гранитные породы, например, могут давать фон до 30-40 и более мкР/час.
Повышенной радиоактивностью обладают отходы (шлак, зола, сажа, угольная пыль) угольных ТЭЦ, ГРЭС, котельных и т. п.
Оценка количества радия и тория в некоторых строительных материалах (проведённая в ряде стран) даёт следующую картину (в Бк/кг):
Как видим, обычный песок и гравий обладают активностью в десятки раз, а кирпич, гранит, зола - в сотни раз большей, чем дерево.
- дерево (Финляндия) - 1,1
- песок и гравий (ФРГ) - 30
- кирпич (ФРГ) - 126
- гранит (Великобритания) - 170
- зольная пыль (ФРГ) - 341
- глинозём (Швеция) - 500-1400
- кальций-силикатный шлак (США) - 2140
- отходы урановых обогатительных фабрик (США) - 4625
Внутреннее облучение человека больше внешнего и в среднем составляет 2/3 от эффективной эквивалентной дозы, которую человек получает от естественных источников радиации. Его создают радионуклиды, попадающие в организм с пищей, водой, воздухом.
К ним относятся радиоизотоп калий-40 и нуклиды радиоактивных рядов распада урана-238 и тория-232. Это, в первую очередь, свинец-210, полоний-210 и, главное, радон-222 и 220.
Свинец и полоний концентрируются в рыбе и моллюсках, а также в мясе северных оленей (которые получают их, питаясь лишайником). Но основной вклад во внутреннее облучение человека вносит радон. На его долю приходится 3/4 дозы от "земных" источников радиации и примерно половина от всех естественных.
Основную часть "радоновой" дозы облучения, как это ни парадоксально, человек получает в закрытых, непроветриваемых помещениях. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в таких помещениях в среднем в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Но это - в среднем. А если помещение сильно загерметизировано (например, с целью утепления) и редко проветривается, то концентрация радона может быть в десятки и сотни раз выше, что наблюдается в некоторых северных странах. Источниками радона служат фундаменты зданий, строительные материалы (особенно приготовленные с использованием отходов ТЭЦ, котельных, шлаков, золы, пустой породы и отвалов некоторых рудников, шахт, обогатительных фабрик и т. п.), а также вода, природный газ, почва. Являясь инертным газом, он легко проникает в помещение через все щели, поры из грунта, подвалов (особенно зимой), стен, а также с пылью, сажей, золой угольных ТЭЦ и т. д.
В целом "земные" источники радиации дают в сумме около 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы от всех естественных источников.
Теперь несколько примеров, касающихся искусственных источников ИИ. Как уже было показано, их вклад в суммарную дозу составляет по оценкам ООН 0,421 мЗв (17,39%), причём основная доля приходится на облучение при медицинских обследованиях и лечении - 0,4 мЗв (или 95% от указанной цифры). Естественно, что для конкретного человека, ни разу не посещавшего рентгенкабинет и т. п., ни о каких дозах "от медицины" речи быть не может. С другой стороны, доза, полученная человеком в результате аварии на АЭС, испытаний ядерного оружия и т. д., может оказаться в сотни и тысячи раз большей, чем при любом медицинском обследовании. Поэтому облучение отдельных групп людей при авариях, испытаниях и т. п. учтено в приведённых выше цифрах только в усреднённом для всего населения Земли виде.
Радиометры
- предназначенные для измерения плотности потока ИИ и активности радионуклидов.
Спектрометры
- для изучения распределения излучений по энергиям, заряду, массам частиц ИИ (то есть для анализа образцов каких-либо материалов, источников ИИ).
Дозиметры
- для измерения доз, мощностей доз и интенсивности ИИ.
Среди перечисленных имеются универсальные приборы, совмещающие те или иные функции. Имеются приборы для измерения активности вещества (то есть количества расп./сек), приборы для регистрации альфа-, бета- и других излучений и т. д. Это, как правило, стационарные установки.
Имеются специальные полевые, или поисковые, приборы, предназначенные для поиска, обнаружения ИИИ, оценки фона и т. п., способные фиксировать гамма и бета-излучение и оценивать его уровень (рентгенометры, радиометры и т. п.).
Имеются индикаторные приборы, предназначенные только для получения ответа на вопрос, есть или нет излучение в данном месте, часто работающие по принципу "больше - меньше".
Но, к сожалению, мало выпускается приборов, относящихся к классу дозиметров, то есть таких, которые специально предназначены для измерения дозы или мощности дозы.
Ещё меньше дозиметров универсальных, с помощью которых можно измерять разные виды излучений - альфа-, бета-, гамма.
Основные отечественные дозиметры имеют в названии аббревиатуру "ДРГ" - "дозиметр рентген-гамма", могут быть переносными или малогабаритными (карманными) и предназначены для измерения мощности дозы рентгеновского и гамма-излучения. Поэтому обнаружение с их помощью и замер мощности гамма-излучения совершенно не означает, что в этом месте присутствует альфа и бета-излучение. И наоборот, отсутствие рентгеновского и гамма-излучения совершенно не означает, что отсутствуют альфа- и бета-излучатели.
Минздрав СССР письмом от 01.09.87 г. №129-4/428-6 запретил использование геолого-разведочных поисковых приборов типа СРП-68-01 и других подобных в качестве дозиметрических для измерения мощности экспозиционной дозы. Для измерения величины мощности экспозиционной дозы гамма и рентгеновского излучений следует использовать только дозиметры типа ДРГ-3-01 (0,2; 03); ДРГ-05; ДРГ-01; ДРГ-01Т и их аналоги.
Но в любом случае, прежде чем использовать какой-либо прибор для измерения мощности или величины экспозиционной дозы, следует изучить инструкцию и выяснить, для каких целей он предназначен. Возможно, окажется, что для дозиметрических измерений он не пригоден. Всегда следует обращать внимание на то, в каких единицах измерения проградуирован прибор.
Кроме указанных приборов, имеются также приборы (устройства, кассеты, датчики и т. п.) для индивидуального дозиметрического контроля лиц, непосредственно работающих с источниками ионизирующих излучений.
5. Дозы излучения и единицы измеренияДействие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облучения тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. Ниже в таблице 10 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.
Таблица 10.
Основные радиологические величины и единицы |
|||
|---|---|---|---|
| Величина |
Наименование и обозначение единицы измерения |
Соотношения между единицами |
|
| Внесистемные | Си | ||
| Активность нуклида, А | Кюри (Ки, Ci) | Беккерель (Бк, Bq) | 1 Ки = 3.7·10 10 Бк 1 Бк = 1 расп/с 1 Бк=2.7·10 -11 Ки |
| Экспозицион- ная доза, X |
Рентген (Р, R) | Кулон/кг (Кл/кг, C/kg) |
1 Р=2.58·10 -4 Кл/кг 1 Кл/кг=3.88·10 3 Р |
| Поглощенная доза, D | Рад (рад, rad) | Грей (Гр, Gy) | 1 рад-10 -2 Гр 1 Гр=1 Дж/кг |
| Эквивалентная доза, Н | Бэр (бэр, rem) | Зиверт (Зв, Sv) | 1 бэр=10 -2 Зв 1 Зв=100 бэр |
| Интегральная доза излучения | Рад-грамм (рад·г, rad·g) | Грей- кг (Гр·кг, Gy·kg) | 1 рад·г=10 -5 Гр·кг 1 Гр·кг=105 рад·г |
Для описания влияния ионизирующих излучений на вещество
используются следующие понятия и единицы измерения:
Активность радионуклида в источнике (А)
.
Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом
источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt) :
Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк).
Внесистемная единица - Кюри (Ки).
Число радиоактивных ядер N(t) данного изотопа уменьшается со временем по закону:
N(t) = N 0 exp(-tln2/T 1/2) = N 0 exp(-0.693t /T 1/2)
где N 0 - число радиоактивных ядер в момент
времени t = 0, Т 1/2 -период полураспада - время, в течение которого
распадается половина радиоактивных ядер.
Массу m радионуклида активностью А можно рассчитать по
формуле:
m = 2.4·10 -24 × M ×T 1/2 × A,
где М - массовое число радионуклида, А - активность в
Беккерелях, T 1/2 - период полураспада в секундах. Масса получается в
граммах.
Экспозиционная доза (X).
В качестве
количественной меры рентгеновского и -излучения
принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую
зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном
торможении всех заряженных частиц:
Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это
экспозиционная доза рентгеновского и
-излучения,
создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст.
суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества
электричества. Экспозиционной дозе 1 Р
соответствует 2.08·10 9 пар ионов (2.08·10 9 = 1/(4.8·10 -10)).
Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ,
то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается
энергия, равная:
(2.08·10 9)·33.85·(1.6·10 -12) = 0.113
эрг,
а одному грамму воздуха:
0.113/ возд
= 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.
Поглощение энергии ионизирующего излучения является первичным
процессом, дающим начало последовательности физико-химических преобразований в
облученной ткани, приводящей к наблюдаемому радиационному эффекту. Поэтому
естественно сопоставить наблюдаемый эффект с количеством поглощенной энергии или
поглощенной дозы.
Поглощенная доза (D)
- основная дозиметрическая величина.
Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением
веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица
Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100
эрг на 1 грамм облученного вещества.
Эквивалентная доза (Н)
. Для оценки возможного ущерба
здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной
безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению
поглощенной дозы D r , созданной облучением - r и усредненной по
анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель w r
(называемый еще - коэффициент качества излучения)
(таблица 11).
Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).
Таблица 11.
Весовые множители излучения |
|
|---|---|
Вид излучения и диапазон энергий |
Весовой множитель |
| Фотоны всех энергий | |
| Электроны и мюоны всех энергий | |
| Нейтроны с энергией < 10 КэВ | |
| Нейтроны от 10 до 100 КэВ | |
| Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ | |
| Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ | |
| Нейтроны > 20 МэВ | |
| Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи) | |
| альфа-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра | |
Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки
ущерба здоровью человека за счет различного характера влияния облучения на
разные органы (в условиях равномерного облучения всего тела) введено понятие
эффективной эквивалентной дозы Е эфф применяемое при оценке возможных
стохастических эффектов - злокачественных новообразований.
Эффективная доза
равна сумме взвешенных эквивалентных доз во
всех органах и тканях:
где w t - тканевый весовой множитель (таблица 12), а H t
-эквивалентная доза, поглощенная в
ткани - t. Единица эффективной эквивалентной дозы - Зиверт.
Таблица 12.
Значения тканевых весовых множителей w t для различных органов и тканей. |
|||
|---|---|---|---|
| Ткань или орган | w t | Ткань или орган | w t |
| Половые железы | 0.20 | Печень | 0.05 |
| Красный костный мозг | 0.12 | Пищевод | 0.05 |
| Толстый кишечник | 0.12 | Щитовидная железа | 0.05 |
| Легкие | 0.12 | Кожа | 0.01 |
| Желудок | 0.12 | Поверхность костей | 0.01 |
| Мочевой пузырь | 0.05 | Остальные органы | 0.05 |
| Молочные железы | 0.05 | ||
Коллективная эффективная эквивалентная доза. Для оценки ущерба здоровью персонала и населения от стохастических эффектов, вызванных действием ионизирующих излучений, используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, определяемую как:
где N(E) - число лиц, получивших индивидуальную эффективную эквивалентную
дозу Е. Единицей S является человеко-Зиверт
(чел-Зв).
Радионуклиды
- радиоактивные атомы с данным
массовым числом и атомным номером, а для изомерных атомов - и с данным
определенным энергетическим состоянием атомного ядра. Радионуклиды
(и нерадиоактивные нуклиды) элемента иначе называют его изотопами.
Помимо названных выше величин для сравнения степени
радиационного повреждения вещества при воздействии на него различных
ионизирующих частиц с разной энергией используется также величина линейной
передачи энергии (ЛПЭ), определяемая соотношением:
где
- средняя энергия, локально переданная среде ионизирующей частицей вследствие
столкновений на элементарном пути dl.
Пороговая энергия
обычно относится к энергии
электрона. Если в
акте столкновения первичная заряженная частица образует -электрон
с энергией больше ,
то эта энергия не включается в значение dE, и -электроны
с энергией больше
рассматриваются как самостоятельные первичные частицы.
Выбор пороговой энергии
является произвольным и зависит от конкретных условий.
Из определения следует, что линейная передача энергии
является некоторым аналогом тормозной способности вещества. Однако между этими
величинами есть различие. Заключается оно в следующем:
1. ЛПЭ не включает энергию, преобразованную в фотоны, т.е.
радиационные потери.
2. При заданном пороге
ЛПЭ не включает в себя кинетическую энергию частиц, превышающую .
Величины ЛПЭ и тормозной способности совпадают, если можно
пренебречь потерями на тормозное излучение и
Таблица 13.
| Средние
значения величины линейной передачи энергии L и пробега R для электронов, протонов и альфа-частиц в мягкой ткани. |
|||
|---|---|---|---|
| Частица | Е, МэВ | L, кэВ/мкм | R, мкм |
| Электрон | 0.01 | 2.3 | 1 |
| 0.1 | 0.42 | 180 | |
| 1.0 | 0.25 | 5000 | |
| Протон | 0.1 | 90 | 3 |
| 2.0 | 16 | 80 | |
| 5.0 | 8 | 350 | |
| 100.0 | 4 | 1400 | |
| α -частица | 0.1 | 260 | 1 |
| 5.0 | 95 | 35 | |
По величине линейной передачи энергии можно определить весовой множитель данного вида излучения (таблица 14)
Таблица 14.
|
Зависимость весового множителя излучения w r от линейной передачи энергии ионизирующего излучения L для воды. |
|||||
|---|---|---|---|---|---|
| L, кэВ/мкм | < 3/5 | 7 | 23 | 53 | > 175 |
| w r | 1 | 2 | 5 | 10 | 20 |
Предельно допустимые дозы облучения
По отношению к облучению население делится на 3 категории.
Категория А
облучаемых лиц или
персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно
работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б
облучаемых лиц или ограниченная часть
населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками
ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест
могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.
Категория В
облучаемых лиц или население - население
страны, республики, края или области.
Для категории А вводятся предельно допустимые дозы
-наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при
которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии
здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для
категории Б определяется предел дозы.
Устанавливается три группы критических органов:
1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.
2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень,
почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие
органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.
3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья,
голени и стопы.
Дозовые пределы облучения для разных категорий лиц даны в
таблице 15.
Таблица 15.
Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения (бэр/год). |
|||
|---|---|---|---|
| Группы критических органов | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| Категория А, предельно допустимая доза (ПДД) | 5 | 15 | 30 |
| Категория Б, предел дозы(ПД) | 0.5 | 1.5 | 3 |
Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния
излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы
рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая
доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме
проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе.
Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие
можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.
Для категории А (персонала) установлены:
- предельно допустимое годовое
поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;
- допустимое содержание радионуклида
в критическом органе ДС А;
- допустимая мощность дозы излучения
ДМД А;
- допустимая плотность потока частиц
ДПП А;
- допустимая объемная активность
(концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;
- допустимое загрязнение кожных
покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.
Для категории Б (ограниченной части населения) установлены:
- предел годового поступления ПГП
радионуклида через органы дыхания или пищеварения;
- допустимая объемная активность
(концентрация) радионуклида ДК Б
в атмосферном воздухе и воде;
- допустимая мощность дозы ДМД Б;
- допустимая плотность потока частиц
ДПП Б;
- допустимое загрязнение кожных
покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.
Численные значения допустимых уровней в полном объеме
содержатся в
"Нормах радиационной безопасности".
На любые вещества, живые организмы и их ткани.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Как именно убивает радиация?
✪ Подробнее о радиации
✪ Лучевая болезнь
✪ Альфа, бета и гамма излучения | Физика 11 класс #47 | Инфоурок
✪ Мощность дозы гамма-излучения
Субтитры
Всем привет! С Вами Дмитрий Побединский и я рад приветствовать вас на Канале QWERTY! товарищи давайте вспомним школьные занятия по варшаве там было много что то праге отдельные взрывы в баре и бомбы убежище итоге пускали уже не помню деталей одно году из них точно радиация опасно и порой даже смертельно но вот интересно как именно по бивает радиация просто со стороны все понятно пуля дура или что их молодецкой делают дырку в деле я запускает химические реакции и коммуникаторов под угрозу них он но также акция как именно она действует на человека давайте сначала вспомним что уже понятно вообразим чтобы уменьшились до размеров в 10 тысяч раз меньше атома тогда мы сможем увидеть то откуда берутся основные виды радиации атомное ядро как мы помним оно состоит из протонов и нет рот и я знаете у некоторых алиментов она может быть скомпонована коп грубо говоря не совсем путь дачно отчего она становится нестабильным в них есть лишняя энергия а в которое они норовят избавиться и сделать это можно несколькими способами выбросить небольшой кусочек два протона два нейтрона это они почиститься в югре нейтрон может превратиться в протон и наоборот тогда вылетает в это частица этот электронный антирекорд его двойник только с противоположным знаком и наконец ядро может просто выкинуть если же когда дети предвидя электромагнитной волны тот наподобие света ультрафиолета вели премьер этот ногам очиститься также недра может излучать нейтроны протоны развалилась на куски к тому же частицы радиации могут прилетать из космоса появляется в ускорителях и других приборах но несмотря на различия в происхождении и реструктурировать любые виды радиации действуют на организм одинаково самое главное что этот поток частиц стан кровные скоростью и энергии воздействие радиации на человека похожего снежный ком все начинается с малого но потом последствия все растут и растут пока не приведут к необратимым изменениям можно выделить несколько станций итак частицы радиации лица быстрее любых путь настолько быстро что выбивают электроны из палаток электрод отрицательный соответственно актом приема потери становится положительным ионов вот и все что делает радиация но поток свободных электронов и и они изолированы атом практически сразу же участвуют в сложные цепочки реакции в которых могут образовываться химически активные молекула в том числе так называемые свободные радикалы ну например вода из которых человек состоит нам 80 процентов под воздействием радиации распадается на два радикалов аж его свободные радикалы активно вступают в реакцию с важными биологическими молекулами доренко бил камер ширак экспериментами в результате молекула повреждаются из них часто образуются токсины нарушается нормальный обмен веществ клетки ее функционирования в целом и через какое то время она погибает но даже если клетка сильна духом богатыри держится до последнего все равно обречена ведь из за повреждения днк и мутации генов невозможно нормально деления клетки это пожалуй самая опасная радиации при большой дозе излучения пострадавших клеток очень много и могут отказывать целые только найти системы наиболее подвержены радиации ткани в которых идет активные деления клеток например костный мозг в котором прорабатывается кровь или следствие желудка которые ожидаются кислотой и должна активно регенерироваться подводя итог можно сказать радиация действуют на самом маленьком масштабе в структуру человеческого тела это словно бы обстреляли выйти крепостную стену неподготовленный снарядами а маленькие маленькими пульками так что повреждение можно легко заделать однако если поле будет огромное количество то и повреждения будут заделаться а в руках стена в итоге станет хрупкой и рано или поздно развалится но скрыться от радиации у вас с ним никогда не получится она преследует нас повсюду практически в каждом веществе есть небольшая доля нестабильных изотопов поэтому в сеул вокруг нас немножечко радиактивно компьютеры видеокамеры яблоки бананы но даже люди в человеке например каждую секунду происходит несколько тысяч радиактивных распада другое дело и интенсивности излучения конечно радиация обычных предметов очень слабая ну и безопасная фоновая радиацию вообще могла бы движителем революции ведь возможно именно благодаря ей гены мутировали так что получились мы с вами такие вот классно осталось понять как защититься от излишне дозы радиации атаку излучения вас легко спасет картонные лист а то бы это вы можете укрыться за стеклом а вот гамма излучения пронизывает все насквозь похлеще рентгена так что от него можно спастись только за толстый слой свинца другое дело если источник попадет к вам в организм выдохните радиоактивную пыль или что то съедите тогда все виды излучения буду действует на организм изнутри и последствия будут намного более серьезных по радиации нет ни запаха ни цвета ни вкуса единственное оружие против нее это знание так что как говорится производит туск прайму метос предупрежден значит вооружен на этом все кстати латвии подписывайтесь наш канал чтобы не пропустить новое видео не пренебрегайте о пожаре и спасибо за просмотр
Экспозиционная доза
Основная характеристика взаимодействия ионизирующего излучения со средой - это ионизационный эффект. В начальный период развития радиационной дозиметрии чаще всего приходилось иметь дело с рентгеновским излучением , распространявшимся в воздухе . Поэтому в качестве количественной меры поля излучения использовалась степень ионизации воздуха. Количественная мера, основанная на величине ионизации сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении, достаточно легко поддающаяся измерению, получила название экспозиционная доза .
Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха. Экспозиционная доза - это отношение суммарного заряда всех ионов одного знака в элементарном объёме воздуха к массе воздуха в этом объёме.
| Вид излучения | Коэффициент, Зв/Гр |
|---|---|
| Рентгеновское и γ-излучение | 1 |
| β-излучение (электроны , позитроны) | 1 |
| Нейтроны с энергией меньше 20 кэВ | 3 |
| Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ | 10 |
| Протоны с энергией меньше 10 МэВ | 10 |
| α-излучение с энергией меньше 10 МэВ | 20 |
| Тяжёлые ядра отдачи | 20 |
Эффективная доза
Эффективная доза (E) - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учётом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты.
Значение коэффициента радиационного риска для отдельных органов
| Органы, ткани | Коэффициент |
| Гонады (половые железы) | 0,2 |
| Красный костный мозг | 0,12 |
| Толстый кишечник | 0,12 |
| Желудок | 0,12 |
| Лёгкие | 0,12 |
| Мочевой пузырь | 0,05 |
| Печень | 0,05 |
| Пищевод | 0,05 |
| Щитовидная железа | 0,05 |
| Кожа | 0,01 |
| Клетки костных поверхностей | 0,01 |
| Головной мозг | 0,05 |
| Остальные ткани | 0,05 |
Взвешенные коэффициенты устанавливают эмпирически и рассчитывают таким образом, чтобы их сумма для всего организма составляла единицу. Единицы измерения эффективной дозы совпадают с единицами измерения эквивалентной дозы. Она также измеряется в зивертах или бэрах .
Фиксированная эффективная эквивалентная доза (CEDE - the committed effective dose equivalent)- это оценка доз радиации на человека, в результате ингаляции или употребления некоторого количества радиоактивного вещества. СЕDЕ выражается в бэрах или зивертах (Зв) и учитывает радиочувствительность различных органов и время, в течение которого вещество остается в организме (вплоть до всей жизни). В зависимости от ситуации, СЕDЕ может также иметь отношение к дозе облучения определенного органа, а не всего тела.
Эффективная и эквивалентная дозы - это нормируемые величины, то есть, величины, являющиеся мерой ущерба (вреда) от воздействия ионизирующего излучения на человека. К сожалению, они не могут быть непосредственно измерены. Поэтому в практику введены операционные дозиметрические величины, однозначно определяемые через физические характеристики поля излучения в точке, максимально возможно приближенные к нормируемым. Основной операционной величиной является амбиентный эквивалент дозы (синонимы - эквивалент амбиентной дозы, амбиентная доза).
Амбиентный эквивалент дозы Н*(d) - эквивалент дозы, который был создан в шаровом фантоме МКРЕ (международной комиссии по радиационным единицам) на глубине d (мм) от поверхности по диаметру, параллельному направлению излучения, в поле излучения, идентичном рассматриваемому по составу, флюенсу и энергетическому распределению, но мононаправленном и однородном, то есть амбиентный эквивалент дозы Н*(d) - это доза, которую получил бы человек, если бы он находился на месте, где проводится измерение. Единица амбиентного эквивалента дозы - зиверт (Зв).
Групповые дозы
Подсчитав индивидуальные эффективные дозы, полученные отдельными людьми, можно прийти к коллективной дозе - сумме индивидуальных эффективных доз в данной группе людей за данный промежуток времени. Коллективную дозу можно подсчитать для населения Кроме того, выделяют следующие дозы:
- коммитментная - ожидаемая доза, полувековая доза. Применяется в радиационной защите и гигиене при расчёте поглощённых, эквивалентных и эффективных доз от инкорпорированных радионуклидов; имеет размерность соответствующей дозы.
- коллективная - расчётная величина, введенная для характеристики эффектов или ущерба для здоровья от облучения группы людей; единица - Зиверт (Зв). Коллективная доза определяется как сумма произведений средних доз на число людей в дозовых интервалах. Коллективная доза может накапливаться в течение длительного времени, даже не одного поколения, а охватывая последующие поколения.
- пороговая - доза, ниже которой не отмечены проявления данного эффекта облучения.
- предельно допустимые дозы (ПДД) - наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами (НРБ-99)
- предотвращаемая - прогнозируемая доза вследствие радиационной аварии , которая может быть предотвращена защитными мероприятиями.
- удваивающая - доза, которая увеличивает в 2 раза (или на 100%) уровень спонтанных мутаций . Удваивающая доза обратно пропорциональна относительному мутационному риску. Согласно имеющимся в настоящее время данным, величина удваивающей дозы для острого облучения составляет в среднем 2 Зв), а для хронического облучения - около 4 Зв.
- биологическая доза гамма-нейтронного излучения - доза равноэффективного по поражению организма гамма-облучения , принятого за стандартное. Равна физической дозе данного излучения, умноженной на коэффициент качества .
- минимально летальная - минимальная доза излучения, вызывающая гибель всех облучённых объектов.
Мощность дозы
Мощность дозы (интенсивность облучения) - приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, мЗв/год и др.).
Сводная таблица единиц измерения
| Физическая величина | Внесистемная единица | Единица СИ | Переход от внесистемной единицы к единице СИ |
|---|---|---|---|
| Активность нуклида в радиоактивном источнике | Кюри (Ки) | Беккерель (Бк) | 1Ки=3.7⋅10 10 Бк |
| Экспозиционная доза | Рентген (Р) | Кулон/килограмм (Кл/кг) | 1Р=2,58⋅10 −4 Кл/кг |
| Поглощенная доза | Рад (рад) | Грей (Дж/кг) | 1рад=0,01 Гр |
| Эквивалентная доза | Бэр (бэр) | Зиверт (Зв) | 1бэр=0,01 Зв |
| Мощность экспозиционной дозы | Рентген/секунда (Р/c) | Кулон/килограмм в секунду (Кл/кг*с) | 1Р/c=2.58⋅10 −4 Кл/кг*с |
| Мощность поглощенной дозы | Рад/секунда (Рад/с) | Грей/секунда (Гр/с) | 1рад/с=0.01 Гр/c |
| Мощность эквивалентной дозы | Бэр/секунда (бэр/с) | Зиверт/секунда (Зв/с) | 1бэр/c=0.01 Зв/с |
| Интегральная доза | Рад-грамм (Рад-г) | Грей-килограмм (Гр-кг) | 1рад-г=10 −5 Гр-кг |
Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения.
Экспозиционная доза Х ионизирующего излучения - суммарный заряд, образовавшийся за счет излучения в 1 см 3 воздуха за некоторое время t.
Измеряется в кулонах на килограм (Кл/кг ), внесистемная единица - рентген (Р ).
При дозе в 1 Р в 1 см 3 при нормальных условиях образуется 2,08 . 10 9 пар ионов, что соответствует 2,58 . 10 -4 Кл/кг . При этом в 1 см 3 воздуха за счет ионизации поглощается энергия, равная 1,1 . 10 -8 Дж , т.е. 8,5 мДж/кг .
Поглощенная доза излучения Д п. - физическая величина, равная отношению поглощенной энергии W п к массе M п облучаемого вещества. Величины поглощенной дозы определяются с помощью выражения
Д п = W п / M п.
В системе СИ единицей поглощенной дозы является Грей. Эта единица названа в честь английского физика А. Грея. Такую дозу получает тело массой 1 кг , если оно поглотило энергию в 1 Дж.
До 1980 г. в качестве единицы поглощенной дозы применялись: рад и рентген. Это внесистемные единицы.
Рад – от англ. поглощенная доза излучения .
1 рад = 10 -2 Дж/кг = 10 -2 Гр.
1 Грей (Гр)= 100 рад » 110 Р (для гамма-излучения).
Единица «Рентген» довольно часто используется и сейчас; возможно, это просто дань традиции. По определению доза в 1 Р соответствует такому излучению, при котором в 1 см 3 воздуха при н.у. (Р 0 =760 мм. рт. ст , Т = 273 К ) обра-зуется определенное число пар ионов (N » 2,1·10 9), так что их суммарный заряд равен 3,3·10 -10 Кл . Понятен смысл данного определения: зная ток и время разрядки, можно опытным путем определить суммарный заряд ионизации и число пар ионов, возникших в результате облучения
N ион = Q общ /е.
Для этих же условий (н.у.) найдем величину поглощенной дозы:
Д п = W п /M п = 112,5·10 -10 /0,128·10 -5 = 8,7·10 -3 Дж/кг .
Таким образом, доза в 1 рентген соответствует поглощенной дозе 8,7·10 -3 Дж/кг или 8,7·10 мГр .
1 Р = 8,7·10 –3 Дж/кг = 8,7 мГр.
Доза в 1 Р создается лучами, испускаемыми 1 граммом радия, на расстоянии 1 м от источника в течение 1 часа.
Мощность поглощенной дозы Д I П. - физическая величина, характеризующая величину энергии, поглощаемой единицей массы какого-либо физического тела в единицу времени:
D 1 п = Д П / t = W П / M Пп t .
Величину фонового излучения нам обычно сообщают в микрорентген/час, например 15 мкР/час . Эта величина имеет размерность мощности поглощенной дозы, но выражена она не в единицах системы СИ.
Эквивалентная доза H экв.- величина, которая харак-теризует поглощенную дозу живого организма. Она равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма:
H экв. = КК × D П,
где КК – средний коэффициент качества ионизирующего излучения в данном элементе объема биологической ткани (табл. 22.1).
Таблица 22.1.э.
Надо отметить, что эквивалентная доза H экв харак-теризует среднее значение поглощенной дозы живым орга-низмом, хотя одни и те же ткани (кости, мышцы, мозг и др.) для разных людей и при разных условиях будут поглощать разную энергию.
В системе СИ единицей эквивалентной дозы является Зиверт (1 Зв ), названной так в честь шведского ученого – радиолога Р.Зиверта. На практике часто используется внесистемная единица эквивалентной дозы – бэр (биологический эквивалент рентгена).
1 бэр = 0,01 Дж/кг .
На практике используются дольные единицы: миллибэр (1мбэр = 10 -3 бэр ); микробэр (1мкбэр = 10 -6 бэр) ; нанобэр (1нбэр = 10 -9 бэр ).
Существует другое определение понятия бэр .
Бэр - это количество энергии, поглощенное живым орга-низмом при облучении любым видом ионизирующей радиации и вызывающее такой же биологический эффект, как и погло-щенная доза в 1 рад рентгеновского или g-излучения с энергией 200 кэВ.
Соотношение между названными единицами (1 Зв, 1 бэр, 1 Р ) такое:
1 Зв = 100 бэр » 110 Р (для гамма-излучения).
По мере удаления от точечного источника доза убывает обратно пропорционально квадрату расстояния (~ 1 / r 2).
Поглощенная доза
D п = D 1 эт ·t обл /r 2 . [D 1 э т ] = 1Р· 1м 2 /час,
где D 1 эт - мощность точечного источника; t обл - время облучения, ч; r - расстояние от источника, м.
Активность точечного излучателя и мощность дозы связаны соотношением:
Р = К g ,
где К g - ионизационная постоянная, r - расстояние от источника излучения, d - толщина защитного экрана, - коэффициент поглощения излучения в материале экрана.
Ионизационная постоянная К g и коэффициент поглощения экрана сложным образом зависят от вида и энергии излучения. Для гамма-квантов с энергией около 1 МэВ отношение коэффициента поглощения к плотности материала для многих материалов (вода, аллюминий, железо, медь, свинец, бетон, кирпич) близко к величине 7 . 10 -3 м 2 /кг .
Естественный фон радиации (космические лучи; радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3 – 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.
При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.
Самый простой метод защиты это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает о пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.
В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов.
Наиболее сложна защита от g-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем g-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.
Фону в 15 мкР/час соответствует мощность дозы 36,2·10 –12 Гр/с (или 4,16·10 -9 Р/с ). При такой мощности дозы человек за один год, при условии, что ионизация тканей происходит также как ионизация воздуха, получит дозу радиации, равную 1,1 мГр (или 0,13 Р ). Такая доза радиации очень мала и неопасна для человека. Но надо еще иметь в виду, что радиация может накапливаться строительными материалами, которые используются при постройке жилых и промышленных зданий. Влияние излучения от конструкционных материалов может быть более существенным, чем от фона наружного воздуха.
Зная общую эквивалентную дозу, можно найти эквива-лентную поглощенную дозу отдельных органов (H орг, i = К рр ×Д экв ) и оценить вероятность их лучевого поражения. В то же время при использовании лучевой терапии в медицине очень важно знать и установить значения мощности источника излучения и время экспозиции таким образом, чтобы эквивалентная поглощенная доза для данного органа (например, для легких) не выходила за пределы допустимой дозы.
